PAGEPAGE1第3講電學(xué)試驗(一)試驗7：測繪小燈泡的伏安特性曲線一、試驗原理用電流表測出流過小燈泡的電流，用電壓表測出小燈泡兩端的電壓，測出多組(U，I)值，在I－U坐標(biāo)系中描出各對應(yīng)點，用一條平滑的曲線將這些點連起來.二、試驗電路圖及器材如圖1所示.圖1小燈泡(3.8V,0.3A)或(2.5V,0.6A)一個、電壓表(0～3V～15V)與電流表(0～0.6A～3A)各一個、滑動變阻器(最大阻值20Ω)一個、學(xué)生低壓直流電源(或電池組)、開關(guān)一個、導(dǎo)線若干、坐標(biāo)紙、鉛筆.三、試驗步驟1.確定電表量程，依據(jù)試驗電路圖連接電路.2.將滑動變阻器滑片滑到a端，閉合開關(guān)，使電壓從0起先變更.3.移動滑片，測出多組不同的電壓與電流值.4.在坐標(biāo)紙上以I為縱軸，以U為橫軸，建立坐標(biāo)系.在坐標(biāo)紙上描出各組數(shù)據(jù)所對應(yīng)的點，將各點用平滑的曲線連接起來，就得到小燈泡的伏安特性曲線.5.拆除電路，整理器材.四、試驗器材選取1.原則：(1)平安；(2)精確；(3)操作便利.2.詳細(xì)要求(1)電源允許的最大電流不小于電路中的實際最大電流.干電池中電流一般不允許超過0.6A.(2)用電器的額定電流不能小于通過該用電器的實際最大電流.(3)電壓表或電流表的量程不能小于被測電壓或電流的最大值.(4)電壓表或電流表的指針應(yīng)偏轉(zhuǎn)到滿刻度的eq\f(1,3)以上.(5)從便于操作的角度來考慮，限流式接法要選用與待測電阻阻值相近的滑動變阻器，分壓式接法要選用較小阻值的滑動變阻器.五、電流表內(nèi)接法與外接法的比較電流表內(nèi)接法電流表外接法電路圖誤差緣由電流表分壓U測＝Ux＋UA電壓表分流I測＝Ix＋I(xiàn)V電阻測量值R測＝eq\f(U測,I測)＝Rx＋RA>Rx測量值大于真實值R測＝eq\f(U測,I測)＝eq\f(RxRV,Rx＋RV)<Rx測量值小于真實值適用條件RA?RxRV?Rx六、電流表內(nèi)接法與外接法的選擇1.阻值比較法：先將待測電阻的估計值與電壓表、電流表內(nèi)阻進(jìn)行比較，若Rx較小，宜采納電流表外接法；若Rx較大，宜采納電流表內(nèi)接法.2.臨界值計算法Rx<eq\r(RVRA)時，用電流表外接法；Rx>eq\r(RVRA)時，用電流表內(nèi)接法.七、滑動變阻器的限流式接法和分壓式接法的比較限流式接法分壓式接法兩種接法的電路圖負(fù)載R上電壓的調(diào)整范圍(電源內(nèi)阻不計)eq\f(RE,R＋R0)≤U≤E0≤U≤E負(fù)載R上電流的調(diào)整范圍(電源內(nèi)阻不計)eq\f(E,R＋R0)≤I≤eq\f(E,R)0≤I≤eq\f(E,R)八、滑動變阻器兩種接法的適用條件1.限流式接法適合測量阻值較小的電阻(跟滑動變阻器的最大電阻相比相差不多或比滑動變阻器的最大電阻還小).2.分壓式接法適合測量阻值較大的電阻(一般比滑動變阻器的最大電阻要大).九、常用電表的讀數(shù)對于電壓表和電流表的讀數(shù)問題，首先要弄清電表量程，即指針指到最大刻度時電表允許的最大電壓或電流，然后依據(jù)表盤總的刻度數(shù)確定精確度，依據(jù)指針的實際位置進(jìn)行讀數(shù)即可.(1)0～3V的電壓表和0～3A的電流表的讀數(shù)方法相同，此量程下的精確度分別是0.1V和0.1A，看清晰指針的實際位置，讀到小數(shù)點后面兩位.(2)對于0～15V量程的電壓表，精確度是0.5V，在讀數(shù)時只要求讀到小數(shù)點后面一位，即讀到0.1V.(3)對于0～0.6A量程的電流表，精確度是0.02A，在讀數(shù)時只要求讀到小數(shù)點后面兩位，這時要求“半格估讀”，即讀到最小刻度的一半0.01A.十、留意事項1.試驗前檢查電表指針是否指零，不指零時，要先調(diào)零.2.電流表外接，滑動變阻器采納分壓式接法.3.在小燈泡電壓接近額定值時，要緩慢增加電壓.4.作I－U圖象時，留意坐標(biāo)軸單位長度的選取，應(yīng)使圖象盡量分布在較大的坐標(biāo)平面內(nèi)，不要畫成折線.例1(2024·新力氣聯(lián)盟期末)某課外物理探討學(xué)習(xí)小組打算探究一小燈泡的伏安特性，其標(biāo)稱功率值為0.75W，額定電壓值已模糊不清.他們想測定其額定電壓值，于是先用歐姆表干脆測出該燈泡的電阻約為2Ω，然后依據(jù)公式計算出該燈泡的額定電壓U＝eq\r(PR)＝eq\r(2×0.75)V≈1.22V.他們懷疑所得電壓值不精確，于是，設(shè)計了一個電路，測量通過小燈泡的電流和它兩端的電壓，并依據(jù)測量數(shù)據(jù)來描繪小燈泡的U－I圖線，進(jìn)而分析燈泡的額定電壓.電源采納兩節(jié)干電池組成的電池組；雙量程電壓表(中間接線柱3V，右邊接線柱15V)；雙量程電流表(中間接線柱0.6A，右邊接線柱3A).(1)甲同學(xué)選擇合適的器材，連好實物圖如圖2所示，乙同學(xué)檢查時發(fā)覺了幾處錯誤，請指出其中的2處：①________________________________________________________________________；②________________________________________________________________________；圖2(2)甲同學(xué)正確調(diào)整電路后，共測得以下8組數(shù)據(jù)，已在圖3坐標(biāo)紙上描好了點，請在坐標(biāo)紙上完成U－I圖象.序號電壓/V電流/mA10.00020.208030.6015541.0019551.4022761.8025572.2027982.70310圖3(3)由圖象得出該燈泡的額定電壓應(yīng)為________V，這一結(jié)果大于1.22V，其緣由是________________________________________________________________________.答案(1)①滑動變阻器采納了限流式接法②電流表采納了內(nèi)接法(2)如圖所示(3)2.5(2.4～2.6均可)燈泡的常溫電阻小于正常工作時的電阻(或燈泡電阻隨溫度上升而變大).變式1在某次“測繪小燈泡的伏安特性曲線”試驗中，所選用的試驗器材有A.小燈泡“2.5V0.2A”B.電流表0～0.6A～3A(內(nèi)阻約1Ω)C.電壓表0～3V～15V(內(nèi)阻很大)D.滑動變阻器“2A10Ω”E.電源(兩節(jié)干電池)F.開關(guān)一個，導(dǎo)線若干圖4(1)在試驗時小杰同學(xué)采納了如圖4所示的實物電路，則詳細(xì)試驗操作前，該電路需改進(jìn)的地方有________________________________________________________________________.(2)在方框中畫出正確的電路圖.(3)當(dāng)開關(guān)閉合后，滑動變阻器的滑片從左向右滑動過程中，燈泡始終不亮，但電壓表有示數(shù)，則可能出現(xiàn)的故障是________.A.小燈泡燈絲斷了B.連接電源的導(dǎo)線斷開C.電流表上某個接線柱與導(dǎo)線斷開D.開關(guān)接觸不良造成斷路答案(1)電流表應(yīng)外接電流表應(yīng)選0.6A量程滑動變阻器滑片應(yīng)置于最左側(cè)(2)如圖所示(3)A解析(1)由于電壓表內(nèi)阻與小燈泡電阻的比值大于小燈泡電阻與電流表內(nèi)阻的比值，故電流表要外接；小燈泡額定電流為0.2A，電流表應(yīng)選0.6A量程；合上開關(guān)前，為了愛護(hù)電表，測量電路電壓應(yīng)最小，故滑動變阻器滑片應(yīng)置于最左側(cè).(3)電壓表有示數(shù)說明電壓表到電源是接通的，A正確.變式2為描繪小燈泡L(2.5V1.0W)的伏安特性曲線，某同學(xué)依據(jù)如下可供選擇的器材設(shè)計了如圖5所示的電路(電路還沒有完全接好)，可供選擇的試驗器材如下：圖5A.電流表(量程0.6A，內(nèi)阻約1Ω)B.電壓表(量程3V，內(nèi)阻約3kΩ)C.滑動變阻器(200Ω，0.3A)D.滑動變阻器(5Ω，2A)E.電池組(電動勢約3V，內(nèi)阻未知)F.開關(guān)，帶夾子的導(dǎo)線若干G.待測小燈泡(1)試驗中滑動變阻器應(yīng)選擇________(填“C”或“D”)，請以筆畫線代替導(dǎo)線將尚未連接好的電壓表連入電路中.(2)在該同學(xué)連接最終一根導(dǎo)線的c端到直流電源正極之前，請指出其中僅有的兩個不當(dāng)之處：Ⅰ.__________________；Ⅱ.____________________.(3)改正上述兩個不當(dāng)之處后，他在測量中發(fā)覺，無論如何調(diào)整滑動變阻器的滑片，電壓表和電流表的示數(shù)均不能取到較小值，其緣由可能是導(dǎo)線________(填圖中導(dǎo)線代號)沒有連接好.答案(1)D如圖所示(2)連電路時沒有斷開開關(guān)滑動變阻器的滑片沒有移至b端(3)③變式3(2024·浙江4月選考·18)在“測繪小燈泡的伏安特性曲線”試驗中，小燈泡額定電壓為2.5V、電流為0.3A.圖6(1)部分連線的實物圖如圖6甲所示，請在圖中完成實物連接圖.(2)某次試驗中，當(dāng)電流表的示數(shù)為0.18A時，電壓表的指針如圖乙所示，則電壓為________V，此時小燈泡的功率是________W.(3)正確測量獲得的伏安特性曲線是下列圖象中的________(填字母).ABCD答案(1)見解析圖(2)1.500.27(3)C解析(1)如圖所示.(2)電壓表的示數(shù)為1.50V，功率P＝UI＝0.27W.(3)溫度變高，電阻變大，所以答案為C.變式4某學(xué)習(xí)小組探究一小電珠在不同電壓下的電功率大小，試驗器材如圖7甲所示，現(xiàn)已完成部分導(dǎo)線的連接.(1)試驗要求滑動變阻器的滑片從左到右移動過程中，電流表的示數(shù)從零起先漸漸增大，請按此要求用筆畫線代替導(dǎo)線在圖甲實物接線圖中完成余下導(dǎo)線的連接；圖7(2)某次測量，電流表指針偏轉(zhuǎn)如圖乙所示，則電流表的示數(shù)為________A；(3)該小組描繪出的伏安特性曲線如圖丙所示，依據(jù)圖線推斷，將________只相同的小電珠并聯(lián)后，干脆與電動勢為3V、內(nèi)阻為1Ω的電源組成閉合回路，可使小電珠的總功率最大，其總功率的值約為________W(保留兩位小數(shù)).答案(1)連線如圖(2)0.44(3)42.28解析(1)要求滑動變阻器的滑片從左到右移動過程中，電流表的示數(shù)從零起先漸漸增大，因此滑動變阻器采納分壓式接法，小電珠電阻較小，電流表要外接.(2)電流表分度值為0.02A，可知讀數(shù)為0.44A.(3)當(dāng)電源的內(nèi)阻與電路外電阻相等時，電源的輸出功率最大，此時路端電壓為1.5V，外接總電阻為1Ω，由題圖丙可知，當(dāng)小電珠電壓為1.5V時，電流為0.38A，此時小電珠的電阻為R＝eq\f(U,I)＝eq\f(1.5,0.38)Ω≈4Ω，因此小電珠個數(shù)為n＝eq\f(R,r)＝eq\f(4,1)＝4，小電珠的總功率為P＝4UI＝4×1.5×0.38W＝2.28W.試驗8：探究導(dǎo)體電阻與其影響因素(包括材料)的關(guān)系一、試驗原理依據(jù)電阻定律公式知道只要測出金屬絲的長度和它的直徑d，計算出橫截面積S，并用伏安法測出電阻Rx，即可計算出金屬絲的電阻率.把金屬絲接入電路中，用伏安法測金屬絲的電阻Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(R＝\f(U,I))).二、試驗電路圖及實物圖如圖8所示，圖8被測金屬絲，直流電源(4V)，電流表(0～0.6A)，電壓表(0～3V)，滑動變阻器(50Ω)，開關(guān)，導(dǎo)線若干，游標(biāo)卡尺，毫米刻度尺.三、試驗步驟1.在被測金屬絲上的三個不同位置各測一次直徑，求出其平均值d.2.接好用伏安法測電阻的試驗電路.3.用毫米刻度尺測量接入電路中的被測金屬絲的有效長度，反復(fù)測量三次，求出其平均值l.4.把滑動變阻器的滑片調(diào)整到使接入電路中的電阻值最大的位置.5.閉合開關(guān)，變更滑動變阻器滑片的位置，讀出幾組相應(yīng)的電流表、電壓表的示數(shù)I和U的值，填入記錄表格內(nèi).6.將測得的Rx、l、d值，代入Rx＝ρeq\f(l,S)和S＝eq\f(πd2,4)中，計算出金屬絲的電阻率.四、數(shù)據(jù)處理1.在求Rx的平均值時可用兩種方法(1)用Rx＝eq\f(U,I)分別算出各次的數(shù)值，再取平均值；(2)用U－I圖線的斜率求出.2.計算電阻率將記錄的數(shù)據(jù)Rx、l、d的值代入電阻率計算式ρ＝Rxeq\f(S,l)＝eq\f(πd2U,4lI).五、留意事項1.本試驗中被測金屬絲的電阻值較小，因此試驗電路一般采納電流表外接法.2.被測金屬絲的有效長度，是指被測金屬絲接入電路的兩個端點之間的長度，亦即電壓表兩端點間的被測金屬絲長度，測量時應(yīng)將金屬絲拉直，反復(fù)測量三次，求其平均值.例2(2024·新高考聯(lián)盟聯(lián)考)小王同學(xué)想要探究導(dǎo)體的電阻除與導(dǎo)體的橫截面積有關(guān)外，還與哪些因素有關(guān)，他找來了電阻定律試驗器.電阻定律試驗器規(guī)格：將一根細(xì)銅絲連接在ae間，橫截面積相同的細(xì)鐵絲連接在bf間，再將一根橫截面積相同的鎳鉻絲一端接在g處，接下來拉直后接到c處，再接到d處，最終接在h處.圖9(1)為了測定電阻絲的電阻大小，小王經(jīng)分析后，正確地選用了伏安法中的變阻器的分壓式接法、電流表的外接法.在測量細(xì)銅絲電阻時的實物連接如圖9所示，閉合開關(guān)S前請老師檢查，老師指出圖中標(biāo)示的①、②兩根連線有一處錯誤，錯誤連線是________(選填“①”或“②”)；圖中標(biāo)示的③、④和⑤三根連線有一處錯誤，錯誤連線是________(選填“③”“④”或“⑤”).(2)接下來某次測量中(已采納正確的測量電路)，小王將導(dǎo)線⑥連接在g上，導(dǎo)線⑦連接在c上，移動滑動變阻器滑片多次測量得電阻R1.再將導(dǎo)線⑦連接到h處，多次測量得電阻R2.小王認(rèn)為，若R2＝2R1，則說明導(dǎo)體的電阻在其他因素不變的狀況下，與長度成正比.你認(rèn)為上述操作中存在的問題是：__________________________________________(指出問題即可).(3)“探究導(dǎo)體電阻與其影響因素的關(guān)系”的試驗方法與下列哪個試驗的方法是相同的________.A.探究合力與分力的關(guān)系B.探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系C.探究做功與速度變更的關(guān)系D.探究小燈泡的伏安特性曲線答案(1)①④(2)沒有考慮cd間的電阻(3)B變式5(2024·浙江4月選考·18)小明用電學(xué)方法測量電線的長度.首先，小明測得電線銅芯的直徑為1.00mm，估計其長度不超過50m(已知銅的電阻率為1.75×10－8Ω·m).現(xiàn)有如下試驗器材：①量程為3V、內(nèi)阻約為3kΩ的電壓表；②量程為0.6A、內(nèi)阻約為0.1Ω的電流表；③阻值為0～20Ω的滑動變阻器；④內(nèi)阻可忽視、輸出電壓為3V的電源；⑤阻值為R0＝4.30Ω的定值電阻，開關(guān)和導(dǎo)線若干.小明采納伏安法測量電線電阻，正確連接電路后，調(diào)整滑動變阻器，電流表的示數(shù)從0起先增加，當(dāng)示數(shù)為0.50A時，電壓表示數(shù)如圖10甲所示，讀數(shù)為______V.依據(jù)小明測量的信息，圖乙中P點應(yīng)當(dāng)________(選填“接a”“接b”“接c”或“不接”)，Q點應(yīng)當(dāng)________(選填“接a”“接b”“接c”或“不接”).小明測得的電線長度為______m.甲乙圖10答案2.50接b接a31.4解析電壓表量程為3V，最小分度為0.1V，應(yīng)估讀到0.01V，即讀數(shù)為2.50V；由題意知試驗電路圖如圖所示：依據(jù)Rx＋R0＝eq\f(U,I)，Rx＝ρeq\f(L,S)，S＝eq\f(πd2,4)，聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)可得L＝31.4m.1.在“探究導(dǎo)體電阻與其影響因素的關(guān)系”試驗中，有兩節(jié)新的干電池、開關(guān)、若干導(dǎo)線和待測金屬管(其阻值約為5Ω)及下列器材：A.電壓表0～3V，內(nèi)阻約10kΩB.電壓表0～15V，內(nèi)阻約50kΩC.電流表0～0.6A，內(nèi)阻約0.05ΩD.電流表0～3A，內(nèi)阻約0.01ΩE.滑動變阻器，0～10ΩF.滑動變阻器，0～100Ω(1)要求較精確地測出其阻值，電壓表應(yīng)選__________，電流表應(yīng)選__________，滑動變阻器應(yīng)選__________；(填序號)(2)試驗中某同學(xué)的實物接線如圖1所示，請指出接線中的兩處明顯錯誤.圖1錯誤1：________________________________________________________________________；錯誤2：________________________________________________________________________.答案(1)ACE(2)導(dǎo)線連接在了滑動變阻器的滑片上采納了電流表內(nèi)接法解析(1)由于兩節(jié)干電池的電動勢為3V，所以電壓表應(yīng)選A；由于通過金屬管的最大電流約為Im＝eq\f(U,Rx)＝eq\f(3,5)A＝0.6A，所以電流表應(yīng)選C；由于待測金屬管的阻值約為5Ω，滑動變阻器F阻值太大，故滑動變阻器應(yīng)選E.(2)由于待測金屬管阻值遠(yuǎn)小于電壓表內(nèi)阻，所以電流表應(yīng)用外接法，連線圖中的兩處明顯錯誤分別是：錯誤1：導(dǎo)線連接在了滑動變阻器的滑片上；錯誤2：采納了電流表內(nèi)接法.2.(2024·題型示例)小明對2B鉛筆芯的導(dǎo)電性能感愛好，于是用伏安法測量其電阻值.(1)圖2甲是部分連接好的實物電路圖，請用電流表外接法完成接線并在圖中畫出.圖2(2)小明用電流表內(nèi)接法和外接法分別測量了同一段2B鉛筆芯的伏安特性，并將得到的電流、電壓數(shù)據(jù)描到U－I圖上，如圖乙所示.在圖中，由電流表外接法得到的數(shù)據(jù)點是用________(選填“○”或“×”)表示的.(3)請你選擇一組數(shù)據(jù)點，在圖上用作圖法作圖，并求出這段鉛筆芯的電阻為________.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)答案(1)見解析圖(2)×(3)見解析圖用“×”表示的數(shù)據(jù)連線時，電阻為1.2Ω(1.1～1.3Ω均可)，用“○”表示的數(shù)據(jù)連線時，電阻為1.6Ω(1.5～1.7Ω均可)解析(1)連線如圖(a)所示.(2)U－I圖象如圖(b)所示，U－I圖象的斜率的大小表示電阻的阻值，而用電流表內(nèi)接法時測得的電阻偏大，外接法時測得的電阻偏小，所以外接法的數(shù)據(jù)點是用“×”表示的.(3)所作圖象如圖(b)所示，在U－I圖象上，選用外接法所得的“×”連線，則R＝eq\f(ΔU,ΔI)＝1.2Ω，選用內(nèi)接法所得的“○”連線，則R＝eq\f(ΔU,ΔI)＝1.6Ω.3.(2024·浙江11月選考·18)為了比較精確地測定阻值未知的定值電阻Rx，小明設(shè)計了如圖3所示的電路.圖3(1)試驗時，閉合開關(guān)S，滑動變阻器的滑片滑至合適位置保持不變，將c點先后與a、b點連接，發(fā)覺電壓表示數(shù)變更較大，電流表示數(shù)基本不變，則測量時應(yīng)將c點接________(選填“a點”或“b點”)，按此連接測量，測量結(jié)果________(選填“小于”、“等于”或“大于”)Rx的真實值.(2)依據(jù)試驗測得的6組數(shù)據(jù)，在圖4中描點，作出了2條圖線，你認(rèn)為正確的是________(選填“①”或“②”)，并由圖線求出電阻Rx＝________Ω.(保留兩位有效數(shù)字)圖4答案(1)a點小于(2)②7.5解析(1)由題中表述知，c先后與a、b試觸，電壓表示數(shù)變更比較大，故電流表的電阻對電路影響比較大，所以應(yīng)當(dāng)運用電流表外接法，即接a點，由R＝eq\f(U,I)知測量值比真實值偏小.(2)依據(jù)電路的接法，當(dāng)電流為零時電壓表示數(shù)也為0，故圖線過原點，選②，由I－U圖象的斜率的倒數(shù)即為電阻阻值可知Rx＝7.5Ω.4.要測繪一個標(biāo)有“3V0.6W”小燈泡的伏安特性曲線，燈泡兩端的電壓須要由零漸漸增加到3V.(1)試驗的電路圖應(yīng)選用下列圖中的____________(填字母代號)(2)圖5答案(1)D(2)10增大解析(1)要使燈泡兩端的電壓由0漸漸增加到3V，測繪小燈泡的伏安特性曲線應(yīng)采納分壓式接法，同時因燈泡內(nèi)阻較小，故電流表采納外接法，故電路圖應(yīng)選擇D；(2)由題圖可知，當(dāng)電壓為1.0V時，電流為0.10A，則由歐姆定律可知：R＝eq\f(U,I)＝eq\f(1,0.1)Ω＝10Ω；U>1V后，I－U圖象上各點與原點連線的斜率表示電阻的倒數(shù).由題圖可知，此斜率越來越小，說明電阻在增大.5.在“探究導(dǎo)體電阻與其影響因素的定量關(guān)系”試驗中，為了探究3根材料未知、橫截面積均為S＝0.20mm2的金屬絲a、b、c的電阻率，采納如圖6所示的試驗電路.M為金屬絲c的左端點，O為金屬絲a的右端點，P是金屬絲上可移動的接觸點.在試驗過程中，電流表讀數(shù)始終為I＝1.25A，電壓表讀數(shù)U隨OP間的距離x的變更如下表：圖6x/mm600700800900100012001400U/V4.004.505.105.906.506.656.82x/mm1600180020002100220023002400U/V6.937.027.157.858.509.059.75(1)繪出電壓表讀數(shù)U隨OP間距離x變更的圖線；(2)求出金屬絲的電阻率ρ，并進(jìn)行比較.答案見解析解析(1)以O(shè)P間距離x為橫軸，以電壓表讀數(shù)U為縱軸，描點、連線繪出電壓表讀數(shù)U隨OP間距離x變更的圖線.(2)依據(jù)電阻定律R＝ρeq\f(l,S)可得ρ＝R·eq\f(S,l)＝eq\f(U,I)·eq\f(S,l).則ρa＝eq\f(6.50－4